Kas notiek, kad jūs iesaldējat ūdeni konteinerā tik spēcīga, ka ūdens nevar izdalīties ledus?

2024 Autors: Sherilyn Boyd | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-16 10:16

Īsā atbilde ir tāda, ka ūdens joprojām kļūst par ledus; tomēr, ja tas patiešām nevar nojaukt konteinera saites, kas atrodas ieslodzījumā, tas pārvēršas par ļoti atšķirīgu ledu, nekā mēs to redzējām.

Pašlaik mēs zinām 15 dažādas ūdens cietās fāzes, piemēram, ledus, un katrs no šiem veidiem ir atšķirīgs dažāda blīvuma un iekšējās struktūras dēļ. Veidlapa, kuru visticamāk visievērojamāki, ir sešstūrains ledus, kas notiek, kad parasti parasti saskaras ar ūdeni normālos apstākļos. Ja jūs pastāvīgi pazemināsiet sešstūraina ledus temperatūru, tas galu galā kļūs par kubiskā ledus; Turpiniet nostiprināt temperatūru un spiedienu, un jūs varat izveidot Ice II, Ice III, līdz lidojumam XV.

Pateicoties raksturīgajām grūtībām radīt tik augstu / zemu spiedienu un temperatūru, līdz 2009. gada beigām ir gūti zinātnes dati, lai pilnībā dokumentētu katru zināmo ledus formu. Lielāko daļu ledus formu daļēji atrada Oksfordas universitātes Ķīmijas nodaļas pētnieku grupa, kas pirmoreiz varēja izveidot Ice XII, XIV un XV.

Ledus XV gadījumā, radot to, bija jāuzņem Ice VI un jāsamazina temperatūra līdz -143 grādiem pēc Celsija, pirms pakļaujot to spiedienam, kas ir 10000 reizes lielāks par Zemes atmosfēru. Šī pēdējā ledus formas un ūdens paplašināšanas forma joprojām spēja pārsteigt pat Oksfordas prātus, kad pretēji visām viņu cerībām tas izrādījās pilnīgi pretferēlektriski, jo viņš vispār nevarēja uzņemties maksu.

Bet visvienkāršākajā nozīmē dažādas ledus formas tiek veidotas, izmantojot dažādu spiediena un temperatūras kombināciju, kuru precīzas kombinācijas var uzzināt, ātri ņemot vērā ūdens fāzes diagrammu. Tomēr zinātnieki var mākslīgi izlikt skalas to labā, izmantojot dažādus līdzekļus. Piemēram, radot Ice XIII un XIV, Dr Christoph Salzmann un viņa komanda Oksforda izmantoja rūpīgus sālsskābes pasākumus, lai mainītu temperatūru, kas nepieciešama ledus radīšanai.

Ja šķiet, ka lietu shēma ir diezgan vienkārša, tas ir tāpēc, ka tā bija un citi zinātnieki, piemēram, profesors Džons Finnejs (kurš bija daļa no grupas, kas atklāja un izveidoja Ice XII 1996. gadā), tik ļoti daudz atzīmēja, kad uz to vaicāja, komentējot ka Salzmans komanda vairāku gadu laikā bija darījusi, ko citi pētnieki nevarēja darīt 40.

Atgriežoties pie jautājuma ar rokām, regulāru ledus vai vismaz to versiju, kuru pazinājāt pirms mēs teicām par citiem 14 veidiem, spēj uzlikt milzīgu spēku, kad tas sasalst un paplašinās. Tas ir saistīts ar ļoti unikālu iezīmi ūdens, galvenokārt tas ir mazāk blīvs kā cietvielu nekā šķidrums. Šī blīvuma atšķirība ir saistīta ar to, kā ūdens molekulas reaģē uz sasalšanas; ūdens molekulas apvienojas cietā sešstūra formā, kas atstāj nelielu, bet tomēr nozīmīgu plaisu starp atomiem, kas tur nebija, kad ūdens bija šķidrs. Par ziņkārīgs, ūdens sasniedz visblīvāko punktu 4 grādi pēc Celsija; jebkura dzesētāja vai karstāka, un tā sāk paplašināties.

Tātad, cik daudz spēka ir ledu, kas spēj izdarīt? Labi, cilvēki jau ilgu laiku mēģina to paveikt. 1784. un 1785. gadā viens Majors Edvards Viljamss izmantoja Kvebekas laika apstākļus un atkārtoti mēģināja atrast ledu saturošu metodi. Viljamss vispirms mēģināja aizplombēt ūdeni artilērijas apvalku iekšienē, čuguna spraudņi tika izvadīti 475 pēdas ar pārsteidzošu 20 pēdas sekundē, kad spiediens pārāk liels. Neuztraucies, Williams tad ņēma uz stiprinājumu spraudņi vietā, izmantojot āķus, tikai par čaumalas, lai sadalītu divos.

Citā eksperimentā tika mēģināts aizpildīt lielgabalus, kas izgatavoti no viena collu biezā čuguna ar ūdeni, tikai tiem, lai tos sadalītu, kad tie tika sasaldēti. Florences akadēmiķi vēlāk mēģināja aizpildīt bumbu, kas izgatavots no viena collu biezā misiņa ar ūdeni tikai tam, lai to salocītu, kad tas bija sasalis. Viņi vēlāk izstrādāja, ka spēks, kas vajadzīgs, lai to izdarītu pulkstenis ap 27720 mārciņas.

Lai iegūtu precīzāku atbildi, jums atkal jāatgriežas ūdens fāzes diagramma, kas parāda, ka ledus kļūs Ice II, kad spiediens sasniegs 300 Mega Pascals, kas ir precīzi, 43,511.31 mārciņas spēka uz kvadrātcollu. Citiem vārdiem sakot, tas ir spiediena apjoms, kas konteineram vajadzētu būt spējīgam izdzīvot, lai apturētu ūdeni, kas kļūst par regulāru ledus, nevis izraisīt to lejup II.

Tātad, lai atbildētu uz sākotnējo jautājumu, ja jūs iesaldētu ūdeni trauka kontekstā tik stiprajā, ka tas nevar pārvērsties lejā, tas joprojām pārvērstos par ledus, tikai nedaudz atšķirīgu ledu, ņemot vērā zinātnisko klasifikāciju un tā iekšējo struktūru. Zinātne!

Bonusa fakts:

Ir teorētiski, ka spiedienā, kas atrodas starp 1,55-5,62 terapaskaliem, ledus kļūs metāla.